低秩和主动形状模型的肺区分割

作者：孙申申; 田丹; 吴微; 康雁; 赵宏

来源：中国图象图形学报, 2020, 25(04): 759-767.

• 低秩
• 主动形状模型
• 鲁棒主成分分析
• 肺区分割
• 噪声样本

目的肺区分割是肺癌计算机辅助诊断系统的首要步骤。主动形状模型(active shape model,ASM)能根据训练集获得肺区形状模型,再结合待分割肺区影像自身的局部特征,进行测试影像的分割。由于主成分分析(principal component analysis,PCA)仅能去除服从高斯分布的噪声,不能处理其他类型的噪声,所以当训练集含有非高斯类型的噪声样本时,采用基于PCA的ASM无法训练出正确的形状模型,使得肺区分割不能得到正确的结果。而低秩(low rank,LR)理论的鲁棒主成分分析(robust principal component analysis,RPCA)能去除各种类型的噪声,基于此,本文提出一种将RPCA与ASM相结合的方法。方法首先对训练样本集标记点矩阵进行低秩分解,去除噪声样本对训练出的形状模型的影响。然后在ASM训练局部梯度模型时,用判断训练样本轮廓上的标记点曲率直方图的相似度来去除噪声样本。结果在训练集含噪声样本时,将基于RPCA的ASM与传统ASM(即基于PCA的ASM)分别生成的形状模型进行对比,发现基于RPCA的ASM生成的形状模型与训练集无噪声样本时传统ASM生成的形状模型更相符。在训练集含噪声样本的情况下,基于RPCA的ASM方法分割EMPIRE10数据集中的22个肺影像,与金标准的重叠度为94.5%,而基于PCA的ASM方法分割准确率仅为69.5%。结论实验结果表明,在训练样本集中有噪声样本的情况下,基于RPCA的ASM分割能得到比基于PCA的ASM更好的分割效果。

• 单位
  东北大学